吉卡礦區(qū)環(huán)境承載現(xiàn)狀與維育措施
相震1王連軍1吳向培2李兆佳2
（1.南京理工大學(xué)，江蘇 南京210094；2.青海省環(huán)境科學(xué)研究設(shè)計院，青海 西寧810008）
摘要：吉卡金礦開采造成了生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)重破壞,礦區(qū)的自然恢復(fù)十分緩慢,部分地區(qū)已不可能自然恢復(fù)。針對吉卡金礦開采中的生態(tài)環(huán)境問題，在對吉卡金礦及自然環(huán)境、生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查基礎(chǔ)上，提出了吉卡金礦生態(tài)環(huán)境治理與維育措施，以實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)健康，生態(tài)格局安全。
關(guān)鍵詞：生態(tài)恢復(fù) 礦地 維育
Actuality of Environmental Carrying Capacity and Measure of Ecology Environment Protection to the Jika Gold Mining Area
XIANG, Zhen1, WU Xiang-pei2, WANG Lian-jun1, LI Zhao-jia2
(1. Nanjing University of Science and Technology, Nanjing, 210094 China；
2. Qinghai provincial research and design academy of environmental sciences Xining, 810007 China)
Abstract: Gold mine of Jika locates in Tibetan plateau and headwaters area of Yangtse Rive. Mining activities of Jika had caused catastrophic and extensive environmental changes, and eventually caused major damages to the whole ecosystem. The natural restoration was a very slow process, and a part of lands even can not reach their original states. In order to solve the environmental problem in the Jika gold mining area exploitation. On the basis of investigating the natural environment and ecological environment, the paper did some research and established the regulation of environment treatment, by which to achieve the aim of a healthy ecosystem and a secure ecology pattern.
Key word: Ecological restoration; Mine land; Enhance
吉卡金礦地處青海省果洛藏族自治州班瑪縣境內(nèi)杜柯河流域河谷地帶，該地區(qū)蘊藏有豐富的砂金資源。1999年吉卡金礦建成投產(chǎn)。在礦山設(shè)計及環(huán)境影響評價中，雖然都有包括復(fù)墾措施在內(nèi)的環(huán)境保護(hù)規(guī)劃和設(shè)計內(nèi)容，但實際運行中未認(rèn)真予以實施，已造成礦區(qū)生態(tài)嚴(yán)重破壞。杜柯河流域?qū)匍L江水系源頭地區(qū)�！叭础钡貐^(qū)（長江、黃河、瀾滄江源頭地區(qū)）是我國主要水源涵養(yǎng)地區(qū)之一，對中下游地區(qū)的水源涵養(yǎng)功能顯著。由于自然的變遷、氣候的變暖、人類經(jīng)濟(jì)活動的影響,使“三江源”地區(qū)本已十分脆弱的高寒生態(tài)環(huán)境日趨惡化，致使草原退化,土地沙漠化拓展,水土流失加劇,冰川、雪線上升,濕地面積萎縮,生態(tài)環(huán)境惡化,生物多樣性銳減[1,2,3]。采礦要損壞植被和表土，生產(chǎn)廢水和滲出液導(dǎo)致土壤污染和退化，使受損生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)十分緩慢，影響周邊地區(qū)的生物多樣性[4,5]。通過實施嚴(yán)格的生態(tài)環(huán)境治理和生態(tài)監(jiān)管措施，遏制砂金開采對生態(tài)的破壞，恢復(fù)已被破壞生態(tài)功能已顯得十分迫切。
1. 自然環(huán)境
1.1 地質(zhì)地貌與氣候特征
吉卡金礦位于青藏高原長江水系源頭區(qū)，杜柯河上游支流夏曲河主河床，松潘-甘孜印支褶皺系南巴顏喀拉冒地槽帶東南部，青藏滇“歹”字型構(gòu)造的頭部。區(qū)內(nèi)褶皺強烈，斷層發(fā)育，構(gòu)造線總體呈北西-南東向。出露地層主要有三迭系上統(tǒng)巴顏喀拉山群，屬海相淺變質(zhì)碎屑巖、類復(fù)理石建造。第四系地層普遍發(fā)育。區(qū)內(nèi)巖漿活動不甚強烈，呈株狀零星分布。中-酸性脈巖、特別是石英脈十分發(fā)育。在地貌區(qū)劃上屬青南高原大區(qū)的江河上游中-大起伏高山河谷中區(qū)。由于新構(gòu)造運動是以整體上升為主，雖有其他因素影響，但內(nèi)部差異不大。該區(qū)總體上是高原高山地貌景觀。山體一般較陡峻，呈北西-南東向延展，與主體構(gòu)造線基本吻合，海拔高度3800m ~4600m。
1.2 氣候特征
區(qū)內(nèi)氣候具有氣溫低、日溫差大、日照時間長、太陽輻射強、干濕季明顯且雨熱同季等典型的高原大陸氣候特點，四季不分明，只有冷暖季之分，年降水量681.0 mm，6月-8月為雨季，雨水較多。
1.3 凍土環(huán)境現(xiàn)狀
區(qū)內(nèi)高海拔地域分布有帶狀融區(qū)、島狀融區(qū)、非貫通融區(qū)等。凍土帶年平均地溫、凍土上限深度、凍土厚度、不良凍土現(xiàn)象隨所在區(qū)不同海拔、地形、水文地質(zhì)條件有所不同。其熱穩(wěn)定性、含水及土質(zhì)條件決定了凍土受擾動后的破壞程度。
1.4 土壤類型
礦區(qū)內(nèi)主要土壤類型為高山草甸土、高山灌叢草甸土和沼澤土。高山草甸土廣泛分布于區(qū)內(nèi)山地各坡面和山頂、山梁、排水良好的溝道。地表草被茂密，草根絮結(jié)，剖面表層為較緊實的草皮層，厚10cm -14cm；表層(0cm -10cm)高山草甸土土壤經(jīng)化學(xué)分析，有機質(zhì)含量為13.06%，全氮為0.67%，全磷為0.25%，全鉀為2.89%；高山灌叢草甸土分布于區(qū)內(nèi)山地陰坡、半陰坡。多由坡積母質(zhì)在高寒陰濕的氣候條件下，在灌叢草甸植被的參與下發(fā)育而成。該土類土層較厚，一般40cm~60cm，表層高山灌叢草甸土土壤經(jīng)化學(xué)分析，有機質(zhì)含量為13.47%，全氮為0.77%，全磷為0.24%，全鉀為2.06%；沼澤土分布于溝谷低洼灘地、溝腦、陰坡緩坡坡麓，是隱域性水成土。該土類有機質(zhì)含量高達(dá)30%~40%，潛在肥力很高。表層沼澤土土壤經(jīng)化學(xué)分析，有機質(zhì)含量為32.78%，全氮為0.96%，全磷為0.19%，全鉀為1.57%。
1.5 植被類型
礦區(qū)內(nèi)主要植被類型為高寒草甸植被型、高寒灌叢植被型和沼澤化草甸植被。高寒草甸植被型，為當(dāng)?shù)夭輬龅闹饕脖活愋停参锓N類多為中生、濕生多年生地面芽、地表芽植物，植被總蓋度55%~93%。主要優(yōu)勢種有高山嵩草、矮嵩草、線葉嵩草、垂穗披堿草、曲尖委陵菜等，其草群層次分化不明顯，一般僅一層，高3cm~18cm；高寒灌叢植被型，多分布于山地陰坡、半陰坡，灌叢種類較多，優(yōu)勢種有高山柳、金露梅、杜鵑等，高40cm~100cm，灌叢蓋度20%~70%，底層草本主要有線葉嵩草、黑褐苔草、羊茅、早熟禾、黃芪、珠芽蓼、鳳毛菊、大戟、龍膽等。灌叢下常有枯落物和苔蘚覆蓋，草皮層不發(fā)育；沼澤化草甸植被，以藏嵩草、水嵩草為主要優(yōu)勢種，伴生種有苔草、甘肅嵩草、早熟禾、金蓮花、驢蹄草、垂頭菊、鳳毛菊、毛茛等。草群結(jié)構(gòu)均一，層次不明顯，一般高20cm左右，總蓋度85%。
2. 生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀及治理規(guī)劃
礦區(qū)流域內(nèi)無農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，畜牧業(yè)生產(chǎn)以草地畜牧業(yè)為主，無其它污染型工業(yè)企業(yè)。因此，區(qū)域環(huán)境空氣、水環(huán)境、土壤環(huán)境現(xiàn)狀質(zhì)量良好。但礦區(qū)位于青藏高原，自然條件嚴(yán)酷，生態(tài)環(huán)境極其脆弱。在高原寒冷嚴(yán)酷氣候條件下，土壤貧瘠，植被較稀少，構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)主體的植被為高寒類型的草甸和草原，其主要生物群落特征是生物組成種類較少，植物群落稀疏，地表蓋度較低，生物生產(chǎn)力水平低，是在極端干旱和嚴(yán)重缺水的生境條件下形成的。這類植被群落結(jié)構(gòu)簡單，生態(tài)系統(tǒng)組成成分單純，自我調(diào)節(jié)能力小，系統(tǒng)穩(wěn)定性極差。占主導(dǎo)地位的牧草生長期短暫，系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)循環(huán)、能量流動緩慢，系統(tǒng)的抗干擾和自我恢復(fù)能力極差，具有很強的敏感性和不穩(wěn)定性，十分原始脆弱，極易產(chǎn)生植被的退化，且恢復(fù)困難。在植被退化的條件下產(chǎn)生土地沙化和“黑土灘”型裸地等土地荒漠化現(xiàn)象。在地質(zhì)、地形地貌、寒旱氣候以及生物因素等共同作用下形成的土壤發(fā)育比較原始，具有粗骨性、有機質(zhì)分解緩慢、土層薄等特點。在該地區(qū)廣泛存在的凍融、水力和風(fēng)力的共同作用下，易發(fā)生土壤侵蝕。
該區(qū)域生態(tài)環(huán)境問題主要表現(xiàn)為不同程度草地植被退化和土地的退化，而且這種退化目前總體上正呈現(xiàn)加劇趨勢。草場植被退化表現(xiàn)為植被高度、蓋度等的下降，草地第一性生產(chǎn)力降低。土地退化表現(xiàn)為凍融侵蝕、風(fēng)力侵蝕和水力侵蝕強度的增強，同時這種退化又加劇了草地水源涵養(yǎng)功能下降和局地氣候的旱化，造成地表徑流減少。
1999年吉卡砂金礦投產(chǎn)后，設(shè)計采區(qū)面積4678454m2，2115年閉礦，目前在已開采的315535 m2面積中，開展復(fù)墾190605m2，占60.4%。采用機械整平后淤洪養(yǎng)土自然恢復(fù)植被的形式基本完成復(fù)墾，尚有124930m2未采取復(fù)墾措施。按照生產(chǎn)規(guī)劃，剩余采區(qū)面積4362919m2。根據(jù)青海省環(huán)境科學(xué)研究設(shè)計院的制定的治理規(guī)劃，至2016年完成生態(tài)治理恢復(fù)任務(wù)，即達(dá)到因砂金開采而破壞的生態(tài)環(huán)境明顯得到改善，采區(qū)河床、河漫灘、草地其原有生態(tài)功能基本恢復(fù)，并具備有向良性的和自然的生態(tài)環(huán)境發(fā)展條件的終期目標(biāo)。共需完成治理總面積4678454m2，其中尾礦回填整平4492532m2、工程量3794344m3砂礫石，表土還原2589157m2、土方量518832m3，另有130887m2采區(qū)經(jīng)土方平衡計算，剝離表土不足以還原，安排淤洪養(yǎng)土措施；人工種草2905966 m2，建設(shè)網(wǎng)圍欄2905966m2；洗礦廢水導(dǎo)流、洪水導(dǎo)流、道路防護(hù)及其他防護(hù)工程采用鉛絲籠塊石壩，合計4825 m3。生態(tài)治理工程投資概算23139791.24元，其中投資于新采區(qū)生態(tài)治理的資金為22067889.42元，未復(fù)墾區(qū)生態(tài)治理885968.00元，已復(fù)墾區(qū)人工種草185933.00元。
3. 生態(tài)環(huán)境承載系統(tǒng)恢復(fù)與維育措施
生態(tài)環(huán)境承載系統(tǒng)恢復(fù)與維育總目標(biāo)為消除由于砂金開采可能誘發(fā)的次生地質(zhì)災(zāi)害（滑坡、塌岸、泥石流、洪水等）的潛在危害；已占用和破壞草地生態(tài)功能和生產(chǎn)能力的恢復(fù)；針對景觀退化的負(fù)面效應(yīng)進(jìn)行景觀恢復(fù)與重建；實現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)健康，生態(tài)格局安全。
3.1 恢復(fù)治理措施
3.1.1 表土剝離和堆場穩(wěn)定化處理
無論所形成的植被如何，回填表土的改土效果與恢復(fù)效果都十分明顯，因此，在采礦前須采取表土剝離，將表土挖掘放在一邊，采礦結(jié)束后再盡快覆上。對鄰近回填區(qū)距離小于50m，則直接將剝離表土推到已整平的回填區(qū)回填。植被應(yīng)分割劃塊鏟起。表土剝離必須與沙礫石剝離分開作業(yè)，剝離的表土和砂礫石分地堆置。剝離沙礫石的堆置應(yīng)選擇無行洪要求且運距合理的地塊作為臨時堆場堆置。剝離完畢，應(yīng)做表面適度平整和適度削坡，使堆料坡角小于礫料自然安息角。
3.1.2 表土堆置
如設(shè)計就地回填，則選擇無行洪要求且運距合理的地塊作為臨時堆土場堆置。臨時堆土場的位置應(yīng)選擇在無行洪要求的地段，并應(yīng)盡量少占壓草地。堆置作業(yè)完成后，應(yīng)人工揀集石塊作干砌石防護(hù)墻，以避免洪水沖刷和雨水侵蝕而造成流失。干砌石墻高0.5 m~1.0m，外邊坡不小于1：0.5。臨時堆土場的堆土高度應(yīng)小于2m，表面用推土機或人工概略整平和壓實。同時要防止表層剝離土堆置時間過長，否則會造成表土喪失原有的特性，土壤的適應(yīng)性狀與養(yǎng)分大量損失，土壤中植物繁殖體的死亡率升高，就可能導(dǎo)致表土回填價值的降低。
3.1.2 削坡
階地開采時局部區(qū)段分層回填整平后允許形成高于原地面的整平區(qū)。但這類整平區(qū)最大高度不得高于原地表1m~2m，同時必須削整邊坡使之成為緩坡，以利于植被恢復(fù)和放牧利用。
3.1.3 回填表土
表土回填是人工修復(fù)的重要手段，也是最為常用和有效的措施。在無表土回填的礦地，生物多樣性的恢復(fù)速度受到嚴(yán)重抑制，在無表土覆蓋的礦區(qū)要實現(xiàn)生態(tài)恢復(fù)在短期內(nèi)不可能的[6,7,8]。表土是當(dāng)?shù)匚锓N的重要種子庫，它為植被恢復(fù)提供了適合的重要種源�；靥畋沓颂峁┩寥蕾A藏的種子庫外，土也保證了根區(qū)土壤的高質(zhì)量，包括良好的土壤結(jié)構(gòu)，較高的養(yǎng)分與水分含量等，并包含有比心土多得多的參與養(yǎng)分循環(huán)的微生物與微小動物群落[6]。設(shè)計采區(qū)的砂金開采完并及時回填和整平尾礦砂后，適時回覆土層，及時人工清理堆置場，避免因臨時堆置對草地造成占壓和破壞。表土回覆應(yīng)以膠輪車人工運土作業(yè)為主，表面覆土厚度不小于0.2m，覆土后立即實施人工種草，避免裸露土層的水力侵蝕和風(fēng)力侵蝕。對鋪在坡面的表土采取一定措施，既流于排水，又可防止水土流失。必須遵循先回填和整平尾礦砂，再回填和整平剝離沙礫石，最后表面覆土的作業(yè)次序。區(qū)段采金作業(yè)完畢，應(yīng)立即回填。必須先回填和整平尾礦砂，再回填和整平剝離沙礫石，作業(yè)不可倒置。分層回填后整平面平順，方可進(jìn)行下一次序作業(yè)。如果表土是覆蓋在有一定坡度的礦山上，應(yīng)注意覆蓋土的質(zhì)地連續(xù)性與層次的緊密性，防止滑坡的產(chǎn)生。無?
靨畋磽撂跫牟汕�，可引洪觾E粒勻換指?~5年，表土層達(dá)到0.05m后人工種草。
3.2 保護(hù)措施
3.2.1 凍土保護(hù)
對凍土地帶已開采完的區(qū)域應(yīng)及時回填、平整、順坡，并在第一時間恢復(fù)表層植被，對坑洼部分必須填埋。生活營地、施工便道、人工排水設(shè)施和構(gòu)筑物應(yīng)盡量避開凍土地帶。凍土地帶上的臨時房屋應(yīng)采用架空、通風(fēng)基礎(chǔ)，減少對基底多年凍土的熱擾動。
3.2.2 物種保護(hù)
礦區(qū)開采前對尚未開采區(qū)內(nèi)生物物種進(jìn)行調(diào)查，采集植物種子，特別是稀有物種和關(guān)鍵物種的采集以保存物種資源，必要時應(yīng)對重要物種進(jìn)行遷地保護(hù)。
3.3 維育建議
對于那些破壞嚴(yán)重，自然恢復(fù)比較困難的退化草地。通過工程方法和采用補播鄉(xiāng)土優(yōu)良牧草種、合理放牧等措施以促進(jìn)恢復(fù)，可恢復(fù)退化生態(tài)系統(tǒng)，實現(xiàn)植物重建、生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能回復(fù)以及保持系統(tǒng)的持續(xù)性 [9,10]。
3.3.1草種選擇配置原則
抗寒、抗旱、再生力強、與當(dāng)?shù)刈匀徊莘N有良好的兼容性，產(chǎn)量高，有利于提高人工草地的載畜能力，有利于當(dāng)?shù)丨h(huán)境與經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展是草種選擇配置的基本原則。
3.3.2 人工種草種類組成與配置
根據(jù)礦區(qū)自然條件和當(dāng)?shù)匾延腥斯げ莘N的生物學(xué)特性，設(shè)計選擇使用草種以老芒麥和垂穗披堿草為主。應(yīng)盡量優(yōu)先采用垂穗披堿草，以提高人工草地的載畜能力。老芒麥（垂穗大麥草）為多年生疏叢型草本植物，具有抗寒、抗旱、再生力強，對土壤要求不嚴(yán)等特點。對足量自然草種侵入有良好的兼容性，利于草地向自然群落演替�？蛇m應(yīng)于全礦區(qū)種植。在河漫灘和水分條件較好的階地，優(yōu)先選種垂穗披堿草（鉤頭草、彎穗草），其為多年生疏叢型草本植物，具有抗寒、再生力強，對土壤要求不嚴(yán)等特點，但抗旱性稍差，在水分充足時生長旺盛。
3.3.2 保證重建生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)穩(wěn)定性
由于該項人工種草旨在恢復(fù)自然草地生態(tài)，因此管護(hù)中不做除雜草、灌溉及病蟲害防治等田間管理，以利于鄉(xiāng)土草種的侵入和群落的自然演替。礦業(yè)廢棄地上植被自然恢復(fù)是十分緩慢的, 向這種生境人為引入更多植物種類，對于增加礦業(yè)廢棄地上植物物種的多樣性及地面覆蓋是十分重要的，它們對于惡劣環(huán)境具有特別的耐性和適應(yīng)力。播種第三年后可交由原土地使用權(quán)牧民使用。
3.3.3 人工草地防護(hù)
人工種草地地塊必需建網(wǎng)圍欄進(jìn)行防護(hù)，養(yǎng)護(hù)不少于2年，使覆蓋度達(dá)到50%(高蓋度)以上。網(wǎng)圍欄區(qū)塊面積以一個畜群一個季節(jié)的利用為宜。
3.3.4 生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)控
對生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)過程進(jìn)行監(jiān)測，包括人工草地的成活率、生長速率、生物多樣性的變化、外來物種的侵入情況及其礦區(qū)的水土流失狀況，對被恢復(fù)的群落結(jié)構(gòu)與組成與當(dāng)?shù)匚词芨蓴_的天然群落進(jìn)行對比評價，以實現(xiàn)良性演替。
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說明：本論文屬首次報道。
作者簡介：
1、相 震 男，漢族，出生年: 1970年。南京理工大學(xué)博士研究生
研究方向：環(huán)境科學(xué)與工程 已發(fā)表論文20余篇
Email: xiangzhen02@yahoo.com.cn
２、王連軍 南京理工大學(xué)化工學(xué)院院長、教授、博導(dǎo)
３、吳向培 青海省環(huán)境科學(xué)研究院院長，研究員
４、李兆佳 青海省環(huán)境科學(xué)研究院高工